噴淋發芽箱的設計、制作及噴淋發芽檢測方法的確定

程 瑩 李浩卓 張婷婷 王建華 孫 群*

(1.中國農業大學 農學院/種子科學與技術研究中心，北京 100193；2.農業農村部 農作物種子全程技術研究北京創新中心，北京 100193)

確保種子質量檢測結果準確是保障農業生產安全用種的關鍵所在[1-2]。種子發芽試驗是種子檢驗等相關科研工作的重要內容，在種子生物學研究、種子質量管理[3]、實現良種化[4]和種子質量標準化等方面具有極其重要的意義。

目前實驗室常用的標準發芽法為砂床發芽法與紙床發芽法[5-6]。采用砂床發芽法，霉菌感染和擴散的情況能得到一定抑制，但砂子清選、消毒和拌砂過程繁瑣，占用空間大，前期計數與紙床相比非常不便，并且由于砂子含水量的差異，會增加重復間的誤差。有研究比較發芽盒法和卷紙發芽法檢測小麥種子活力的穩定性，其結果表明卷紙發芽法發芽勢和發芽率普遍高于發芽盒法，不同重復之間的變異系數也顯著低于發芽盒法[7]。但有研究在采用標準發芽試驗或逆境萌發試驗檢測種子活力時，所需時間較長，在此期間種子活力易受到霉變及人為操作影響[8-9]。進行卷紙發芽前，需要提前對種子進行消毒處理，由于消毒不徹底或者內部帶菌等問題，在種子發芽期間亦會有霉變現象，造成不同檢驗室、不同發芽環境或不同檢驗員之間難以獲得完全一致的檢測結果。目前，在標準發芽過程中，既保證發芽結果的穩定性與準確性，又簡化種子消毒流程的方法尚未見報道。

本研究借鑒芽苗菜的培育方法[10-11]，制作新型噴淋發芽箱，在不同條件下進行種子標準卷紙發芽試驗和噴淋發芽試驗，測定并比較2種發芽檢測方法發芽指標以及帶菌率等指標，旨在提升玉米和小麥種子發芽試驗結果的穩定性和可靠性，以期為建立規范的噴淋式發芽檢測方法提供理論基礎。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

玉米(ZeamaysL.)種子：‘鄭單958’和‘農大87’，生產年份為2017年，均產自甘肅省。

小麥(TriticumaestivumL.)種子：‘濟麥22’，生產年份為2018年；‘山農21’，生產年份為2016年，均產自山東省。

1.2 試驗方法

1.2.1噴淋發芽箱的設計與制作

裝置為立方體箱狀，規格為：包括3×2組噴淋頭，塑料軟管，水泵和定時器。噴淋箱材質為透明塑料，有助于光的透射。由水泵連接軟管，將水泵接入噴淋頭進行噴淋。水泵連接定時器，定時器定時供電，可以使水泵定時開啟，從而定時噴淋。箱底帶有水槽，可以使噴淋后的水分從出水孔流出，經塑料軟管回流至水桶中，見圖1。

1.儲水裝置；2.進水管；3.水泵；4.排水管；5.噴淋頭1.Water container; 2.Inlet pipes; 3.Water pump; 4.Drain pipes; 5.Spraying head圖1 噴淋發芽箱示意圖Fig.1 Schematic diagram of spraying germination box

1.2.2噴淋時間間隔對種子發芽的影響

1)提前1 d將蒸餾水放入發芽室(25 ℃)中進行溫度平衡；

2)在潤濕至飽和的海綿上覆蓋同樣潤濕至飽和的發芽紙，夾在2個14.5 cm×14.5 cm的底部有篩孔的發芽盒中，將蒸餾水浸過的種子均勻放置在發芽盒內，置床時各粒種子之間留有一定距離，以保證幼苗的生長空間和減少霉菌的傳染。玉米每盒50粒種子，小麥每盒100粒種子，設置3次重復；

3)將發芽盒置于噴淋發芽箱內，設置不同的噴淋間隔處理：玉米每隔3、6 和8 h噴淋1次，每次噴淋持續1 min；小麥每隔4、6 和8 h噴淋1次，每次噴淋持續1 min。在噴淋箱內放置溫度計，每日檢測發芽箱內溫度，保證發芽箱內溫度與發芽室中相同；

4)發芽第4天統計發芽勢，發芽結束后(玉米第7天，小麥第8天)統計發芽率、帶菌種苗數，并稱量幼苗鮮重，計算簡易活力指數(SVI)。

發芽勢=(4 d內正常發芽種子粒數/
參加試驗種子總數)×100%

(1)

發芽率=(7或8 d內正常發芽種子粒數/
參加試驗種子總數)×100%

(2)

簡易活力指數(SVI)=發芽率×S

(3)

式中：S，7或8 d內正常幼苗的平均重量，g。

1.2.3噴淋發芽結果穩定性驗證

以1.2.2中確定的時間間隔對不同玉米和小麥種子進行發芽試驗，以《種子學實驗技術》[12]中的標準卷紙發芽方法作為對照。

種子帶菌率=(帶菌種苗數/參加試驗種子總數)×
100%

(4)

1.2.4低質量種子(高溫高濕老化處理獲得)噴淋發芽結果穩定性驗證

1)將準備老化的玉米/小麥種子稱重，隨后放入尼龍網袋中，做好標記；

2)向干燥器內加入適量蒸餾水，使水面距離篩面約2 cm。將尼龍網袋放入干燥器中，用凡士林密封干燥器，并將其放入烘箱內，設置人工老化處理溫度，玉米種子為45 ℃，小麥種子為41 ℃，相對濕度100%；

3)老化4 d后取出種子，在室溫下風干至原始重量；

4)每個重復玉米取50粒、小麥取100粒種子進行卷紙發芽試驗與噴淋發芽試驗，3次重復。

1.2.5不同測試時間噴淋發芽結果穩定性驗證

玉米間隔3個月，小麥間隔1個月，重復噴淋發芽與卷紙發芽的對比試驗，同時將不同測試時間的噴淋發芽與卷紙發芽得到的結果進行對比。

1.2.6不同人員操作噴淋發芽結果穩定性驗證

實驗室不同人員重復噴淋發芽與卷紙發芽的對比試驗，同時將不同人員操作的噴淋發芽與卷紙發芽得到的指標進行對比。

1.2.7數據處理

通過Microsoft Excel 2007和IBM SPSS Statistics 23.0軟件，運用單因素方差分析對發芽數據進行分析。

2 結果與分析

2.1 噴淋發芽間隔時間的確定

由表1可知，每隔3、6 和8 h噴淋1次，‘鄭單958’玉米種子的發芽勢、發芽率與標準卷紙發芽法相比無顯著差異，種子帶菌率則顯著低于標準卷紙發芽法；隨著噴淋時間間隔的增長，‘鄭單958’玉米幼苗的SVI有下降趨勢，因此選擇每間隔 3 h 噴淋1次的時間間隔進行后續的試驗。

每隔4、6 和8 h噴淋1次，‘濟麥22’小麥種子的發芽勢與標準卷紙發芽法相比顯著提高，種子帶菌率則顯著低于標準卷紙發芽法；隨著噴淋時間間隔的增加，‘濟麥22’小麥幼苗的SVI有下降趨勢，因此選擇每間隔4 h噴淋1次的時間間隔進行后續的試驗。

表1 不同噴淋間隔時間玉米和小麥種子發芽檢測結果Table 1 Different spraying intervals on maize seeds and wheat seeds germination tested result

2.2 不同噴淋間隔對其他玉米和小麥種子發芽的驗證

由表2可知，對‘農大87’玉米種子進行間隔 3 h 的噴淋發芽，分別與標準卷紙發芽(種子消毒)、卷紙發芽(種子未消毒)相比，噴淋發芽的發芽勢、發芽率均無顯著差異，而種子帶菌率顯著降低。對‘山農21’小麥種子進行間隔4 h的噴淋發芽，分別與標準卷紙發芽(種子消毒)、卷紙發芽(種子未消毒)相比，噴淋發芽的發芽率、SVI無顯著差異，而種子帶菌率相比卷紙發芽(種子未消毒)顯著降低。

表2 不同噴淋時間間隔對不同玉米和小麥種子發芽結果的影響Table 2 Effect of different spraying intervals on seed germination result of maize seeds and wheat seeds

2.3 高溫高濕老化處理玉米和小麥種子噴淋發芽結果驗證

由表3可知，經過老化后的2個品種的玉米種子，發芽率和SVI與表1和表2中結果相比顯著降低。雖然帶菌率顯著增加，但采用噴淋發芽法，種子帶菌率顯著低于卷紙發芽法。噴淋發芽法的發芽率、SVI與標準卷紙發芽法相比沒有顯著差異。

表3 玉米和小麥人工老化種子噴淋發芽試驗結果Table 3 Spraying germination test result of maize seeds and wheat seeds after artificial aging treatment

經過老化處理的2個品種的小麥種子，雖然帶菌率顯著增加，但采用噴淋發芽法，‘濟麥22’種子帶菌率仍顯著低于卷紙發芽法，2個品種噴淋發芽法的發芽率、SVI與標準卷紙發芽法相比無顯著差異。

2.4 不同測試時間種子噴淋發芽試驗對比

由表4可知，在間隔3個月后對2個品種的玉米種子進行間隔3 h的噴淋發芽，‘鄭單958’和‘農大87’在不同檢測時間噴淋發芽檢測之間的SVI保持穩定，2次結果無顯著差異；而采用卷紙發芽檢測，雖然2個品種發芽率穩定，但是2次檢測結果中帶菌率差異顯著，且‘農大87’卷紙發芽種子帶菌率顯著高于噴淋發芽結果。

在間隔1個月后對2個品種的小麥種子進行間隔4 h的噴淋發芽檢測，‘濟麥22’和‘山農21’噴淋發芽檢測的發芽率、帶菌率和SVI保持穩定，2次結果無顯著差異。而采用卷紙發芽法檢測，不同檢測時間2個品種發芽率、SVI無顯著差異；而‘山農21’種子帶菌率在不同檢測時間存在顯著差異，且‘濟麥22’卷紙發芽的種子帶菌率顯著高于噴淋發芽結果。

表4 不同測試時間玉米和小麥種子噴淋發芽試驗結果對比Table 4 Comparison of spraying germination test result of maize seeds and wheat seeds at different testing time

2.5 不同人員操作噴淋發芽試驗對比

由表5可知，2個品種的玉米種子在不同人員操作下，各處理的發芽率均無顯著差異，同時噴淋發芽的種子帶菌率均處于較低的水平，表明噴淋發芽法能較為穩定地緩解玉米種子在發芽過程中的染菌現象。

2個品種的小麥種子在不同人員操作下，各處理的發芽率均無顯著差異，同時噴淋發芽的種子帶菌率均處于較低的水平，表明噴淋發芽法能較為穩定地緩解小麥種子在發芽過程中的染菌現象。

2.6 噴淋發芽法穩定性評價

綜上所述，對于玉米種子，不同測試時間、不同人員操作的噴淋發芽法與卷紙發芽法雖然在發芽率上無顯著差異，但卷紙發芽法在不同測試時間、不同人員操作下的帶菌率差異顯著，而噴淋發芽法的結果更穩定一致。對于小麥種子，不同測試時間和不同人員操作的噴淋發芽法與卷紙發芽法雖然在發芽率上無顯著差異，但卷紙發芽法在不同測試時間和不同人員操作下的帶菌率差異顯著，而噴淋發芽法的結果更穩定一致。

表5 不同人員操作噴淋發芽結果對比Table 5 Comparison of spraying germination result operated by different personnel

3 討論與結論

時偉芳等[7]比較卷紙發芽法和紙上發芽法的穩定性，認為逆境萌發率是較為穩定的種子活力檢測指標，卷紙發芽檢測結果穩定性顯著優于紙上發芽，這是因為卷紙發芽法重復間的水勢基本能保持一致。但卷紙發芽法需要提前對種子進行消毒處理，即便如此，由于種子內部帶菌，仍會造成種子間的相互侵染影響最終的檢測結果。有些種子，比如甜玉米種子，采用常規濃度次氯酸鈉消毒處理時，種子活力會出現一定程度的下降，有可能是次氯酸鈉影響了胚細胞的活性。噴淋發芽法是芽苗菜培育最常用到的育苗方法，比如芽苗菜立體無土栽培生產方式——托盤噴淋栽培技術[13]。有研究發現，花生、黃豆和綠豆種子每4 h噴水1次[14-15]，香椿種子每 6 h 噴水1次[16]，豌豆種子每12 h噴水1次[17]，可以生產出質量較佳的芽苗菜。

本研究設計制作的噴淋發芽箱，通過定時定量噴水，保證發芽期間水勢均衡，通過沖淋可以及時沖洗掉萌發的孢子，從而可以省掉種子消毒環節。玉米種子適宜的噴淋間隔時間為3 h，小麥種子適宜的噴淋間隔時間為4 h，每次噴淋時間均為1 min。不同作物、不同品種的試驗均表明噴淋發芽法的發芽檢測結果與卷紙發芽法(種子消毒)結果一致，重復間的變異系數均<5%，并且噴淋發芽方法種子帶菌率顯著下降，即使檢測高帶菌率的種子，噴淋發芽過程中種子帶菌率也處于較低水平。不同人員操作和不同檢測時間，采用噴淋發芽法，檢測結果之間的穩定性要優于卷紙發芽法。本研究以其他玉米品種(‘農大86’和‘農大364’)和小麥品種(‘周麥18’和‘山農11’)進行驗證，不同測試時間和不同人員操作獲得的發芽率穩定一致，變異系數均<2%，且任意2次試驗間的差距均低于《農作物種子檢驗規程：發芽試驗(GB/T 3543.4—1995)》[18]中關于“同一或不同實驗室來自相同或不同送驗樣品間發芽試驗的容許差距”。噴淋發芽法(種子無需預消毒)多次試驗的帶菌率均值4.6%，顯著低于卷紙發芽法(種子預消毒)的21.2%。

綜上，噴淋發芽法穩定性很高，且相比卷紙發芽法而言，能顯著降低玉米和小麥種子的帶菌率，省去提前消毒環節，為那些對消毒藥劑敏感的作物及品種提供了更加可靠穩定的發芽檢測方法。

另外，新收獲的小麥種子有休眠現象[19]，而通過干濕交替處理[20]或通過流水處理稀釋種子表面萌發抑制劑[21]，能夠解除小麥種子的休眠。本試驗發現，采用噴淋發芽法，‘濟麥22’的發芽勢及發芽率均顯著高于標準卷紙發芽法，這可能就是由于新收獲的小麥種子存在休眠，而噴淋能夠沖去種子表面的萌發抑制物質，從而解除種子的休眠。